无限元边界在地铁引发环境振动分析中的应用

通过算例验证了ABAQUS中无限元边界的有效性和精度.地基侧边界使用无限元边界后模型宽度可以减少到侧边界不处理模型的1/2;底边界使用无限元边界后模型深度可减少到底边界不处理模型的1/3.并将此无限元边界应用于地铁竖向激励力作用下实际土层—隧道模型的振动响应分析中,计算了不同频率动荷载下地表0m到30m范围内的振动幅值...     

高速列车引起的地基振动

针对高速列车引起的环境振动问题,分别以移动线源非均布荷载和粘弹性半空间体模拟运动列车荷载和地基,分析了高速列车引起的地基振动。首先采用积分变换法推导了移动线源非均布荷载作用下粘弹性半空间体动力响应的二维积分解析解,包括位移、速度和加速度。然后采用IFFT算法和自适应数值积分算法计算二维积分,得到了低音速、跨音速和超音速移动荷载作用下动力响应的数值结果。最后分析了荷载移动速度对动力响应最大值和分布的影响,发现当荷载移动速度大于Rayleigh波速时,粘弹性半空间体的动力响应出现显著变化。     

简谐移动荷载下轨道结构响应研究

为了分析简谐移动荷载所导致的粘弹性地基上无限长轨道的振动传播现象,在随荷载移动的动态坐标系下联立轨道的横向振动微分方程,引入边界条件得到瞬态响应的解析表达式,分析梁在不同激振频率和运行速度作用下的轨道结构瞬态反应。结果表明:轨道结构存在临界速度。如果荷载运行速度小于最小临界速度,那么振动只在移动荷载处出现。如果荷载运行速度处于非零最小临界速度附近,轨道结构运动剧烈。如果荷载速度超过最小临界速度时,振动则可以波及整个结构。     

车辆动荷载作用下隔振沟响应增强区数值分析

基于动力学基本方程,运用有限单元法(FEM)和NEWMARK隐式积分方法,对车辆荷载(FWD荷载)作用下明沟隔振结构附近振动响应增强区的分布范围特征及其增强效应进行了弹塑性数值分析。考虑到人工截断边界上波反射对计算结果的影响,分别用传递边界和半无限单元来处理侧面和底面边界。文中主要考虑了隔振沟位置、隔振沟深度和宽度三个主要影响因素,并在计算结果的基础上分析总结了他们对隔振沟响应增强区的影响规律。     

基于Abaqus的三维粘弹性边界与地震动输入的实现

基于粘弹性人工边界理论,编制了用于Abaqus中三维模型的粘弹性边界与地震荷载输入的Python脚本程序,并对程序进行了验证。结果表明:程序能够较为准确地实现地震动输入;对于地震动斜入射情况亦能实现较高的精度。     

粘弹性人工边界在有限元分析中的应用

主要介绍了粘弹性人工边界的相关理论,牯弹性人工边界单元在ANSYS中的具体实现方法,以及相关参数的计算公式.并且通过一个算例验证了粘弹性人工边界具有良好的计算精度和稳定性.     

粘弹性人工边界的有限元分析

采用数值方法集中比较了工程中广泛应用的几种人工边界在SSI体系分析中的动力反应,研究结果表明：粘性边界能较好的模拟土的边界但计算的位移会发生整体的飘逸,精度也不如粘弹性边界;粘弹性边界能很好的模拟土一结构相互作用体系中土的边界问题,但实现过程比较麻烦。     

粘弹性人工边界ABAQUS二次开发及应用

在地震作用下,采用无质量固定边界模型会引入不真实的反射地震波,无法模拟地震波的远域能量逸散效应。基于波动理论及ABAQUS有限元软件二次开发功能实现了粘弹性单元的开发和外源波动的输入。采用粘弹性人工边界模拟地震波外源波动的远域能量逸散效应,并与固定边界模型计算结果比较。数值模拟结果表明粘弹性人工边界计算结果更接近地震波的真实传播。开发的粘弹性人工边界单元提高了ABAQUS的适用性,对促进大型或复杂工程的粘弹性人工边界波动分析具有潜在的应用价值。     

具有弹性和粘弹性材料特性的单层球面铝合金网壳动力学行为对比分析

对具有相同跨度、相同矢跨比、相同杆件截面而分别具有弹性和粘弹性材料特性的两个单层球面铝合金网壳的线性谐响应特性以及在简谐荷载和地震荷载作用下的非线性振动特性进行了对比分析,考察了材料粘性对球壳振动特性的影响.研究结果表明:两类球壳线性谐响应特性的总体规律基本相似,但共振频率差别较大;无论在简谐荷载作用下还是在地震荷载作用下两类球壳的振动特性均有明显差异;材料本身的粘性对球壳的动力学行为有较大的影响,在高温、火灾、地震等特定环境下忽略材料的粘性会产生较大误差.     

地震作用下粘弹性边界边坡模型处理方法

针对两侧高度存在差异的岩土边坡问题,采取Plane82标准单元体来模拟岩体边坡,并在所截取矩形区域外围施加粘弹性边界,随后在对称模型的计算条件下,截取地震记录包含峰值在内的前10 s历程,将应力时程作为荷载输入,分析地震波在岩石边坡中的传播。结果显示,针对拥有粘弹性边界的边坡稳定性提出的模型处理方法简单易行且计算结果合理可靠。     

粘弹性人工边界在重力坝地震分析中的应用

介绍了粘弹性人工边界以及粘弹性人工边界单元的推导过程,在此基础上对某重力坝的坝体—地基结构系统进行有限元三维地震响应分析,结果表明无限地基辐射阻尼的粘弹性人工边界能够显著减小坝体地震响应。     

地铁高架桥多点非一致激励下地面振动衰减研究

为研究地铁高架桥的多点非一致激励效应及地面振动衰减规律。基于弹性半无限空间理论,建立多点非一致激励作用下土体表面竖向加速度的半解析解;通过测试某软弱地基上地铁高架桥的环境振动,对比验证理论模型准确性;进一步研究多点激励和时滞效应的影响,分析确定振动衰减规律。研究结果表明:高架桥周边地面振动随距离前期衰减迅速,后期衰减缓慢,频率分布主要区间为60～100 Hz;计算中考虑多点非一致激励是必要的,4～5个桥墩可满足计算精度;荷载幅值对振动衰减规律的影响较小,而频率存在影响;桥跨中部的振动衰减慢于桥墩处,曲线段外侧慢于内侧。研究结果对地铁环境振动的计算、分析以及测试、评价具有指导意义。     

弹性和粘弹性地基无限域动力模型

针对弹性和粘弹性无限地基的数值模拟问题,本文提出了一种新颖的地基无限域动力模型--映射动力无穷元与有限元耦合模型。文中首先利用一维半无限域中的波动问题,提出了广义弹簧、广义阻尼和广义质量的概念,并导出了弹性和粘弹性动力无穷元中波传播函数的一般形式,进而对映射动力无穷元的基本特性进行了研究。文中还给出了二维和三维映射动力无穷元的单元模型,并用算例验证了这一模型的计算精度。     

斜入射剪切波作用下形状不规则筏基的摇摆响应

基于有限元分析方法,通过Fortran编程实现了粘弹性人工边界在ABAQUS模型中的施加以及基于粘弹性人工边界剪切波的波动输入,研究了斜入射剪切波作用下波的入射方向和振动方向变化以及基础形状参数改变对形状不规则筏板基础摇摆响应的影响.计算结果表明:基础的摇摆响应随着剪切波入射方向和振动方向的改变而变化;斜入射剪切波作用...     

基于ANSYS的某山岭隧道地震响应数值分析

基于ANSYS计算平台,采用粘弹性边界模拟地基无限域的辐射阻尼效应,将地震波转换为人工边界上的等效节点力荷载,以在建成兰铁路某隧道浅埋段为研究对象,建立了三维数值计算模型,研究了二次衬砌结构的地震响应规律。结果表明:地震作用下,衬砌结构的纵向内力峰值与环向内力峰值相比较小,衬砌横断面受力特征更为显著;衬砌结构内力峰值呈对称分布,拱肩和拱脚为抗震的薄弱部位。研究结果可为山岭隧道抗震设计提供参考。     

移动荷载作用下隔振沟隔振性能数值模拟分析

基于动力学方程及波动理论,采用有限元软件ANSYS建立移动荷载-层状地基土的有限元模型,对移动荷载作用下隔振沟的隔振性能进行数值模拟分析。为了避免人工截断地基土边界造成波的反射对模拟结果的影响,在模型周围施加粘弹性人工边界条件。本文主要考虑隔振沟的深度和位置对其隔振性能的影响。分析总结振动的响应规律,为隔振沟隔振提供参考依据。     

地下结构动力分析若干问题研究

结合一些实际工程，研究了场地地震反应、边界条件、运动方程隐式积分算法、列车振动荷载的反演、隧道地震减震方法以及隧道洞口段三维地震反应等问题，得出的结论可作为隧道及地下结构的抗震设计和振动反应分析的参考依据。论文主要内容包括以下几个方面：(1)运用波动理论，对水平成层的地层进行了正演和反演地震反应分析。研究了冻土层的存在：地基辐射阻尼等因素对场地地震反应的影响，以及通过反演计算得到结构地震反应分析时所需要的地震波。(2)根据不同边界条件，采用振动方法和波动方法，进行在地震荷载作用下隧道结构的反应分析，比较粘．弹性边界、粘性边界和固定边界条件的计算精度，分析无限地基对计算结果的影响以及在地震荷载作用下隧道衬砌的薄弱部位。(3)在Newmark隐式积分方法的基础上，提出提高其计算效率的改进方法。计算结果表明，改进方法既可节约计算机内存，又显著地提高了隐式时间积分方法的计算效率。(4)计算了不同地震动作用下不同的围岩材料对隧道地震反应的影响，并通过改变隧道衬砌一定范围内围岩材料的参数，计算了隧道的地震反应，分析了在隧道施工中设置减震层和注浆加固一定范围内围岩这两种方法的减震效果、适用条件及其减震机理。提出采用注浆加固围岩的办法进行减震、充分发挥围岩的承载能力的观点。(5)进行了隧道洞口段三维地震反应分析。在不同的围岩材料、不同的衬砌类型情况下，分析了洞口段隧道衬砌应力和位移沿隧道轴线方向的变化规律以及采取注浆加固围岩的方法的减震效果。对隧道抗震设防长度与洞口段围岩性质、衬砌断面形式的关系以及隧道洞口段的加固措施进行了研究。指出在地震作用下，铁路双线隧道和单线隧道的抗震设防长度仅与洞口段围岩的分布情况有关，与隧道跨度关系不大，洞口段隧道衬砌轴向力不可忽视。(6)推导了求解振动荷载的反演公式，提出由结构对振动荷载的反应求振动荷载时程的有限元方法，验证了方法的有效性。     

有限元分析中的无限域单元及其应用

本文概述了模拟无限及半无限域的无限域单元(简称“无限元”)的基本概念,介绍一种改进的映射方法,讨论了适用于岩体力学问题的二维连续体无限元及节理无限元及其应用问题,建立了基本计算公式。通过线弹性及弹塑性算例比较,表明在有限元分析中引入无限元不仅可以有效地处理无限域边界,在计算精度及计算效率方面也有明显的优越性.文中着重讨论了在二维静力问题中的应用及有关影响因素,有关概念、方法及结论也适用于三维问题.     

一致粘弹性人工边界及粘弹性边界单元

提出了一致粘弹性人工边界及粘弹性人工边界单元的概念,推导了二维一致粘弹性人工边界单元刚度及阻尼矩阵,并在其基础上使用矩阵等效原理实现了采用普通有限单元模拟的二维粘弹性边界单元。均匀半空间算例与成层半空间算例验证了粘弹性边界单元具有与集中粘弹性人工边界相同的精度,并且实施更为简便。     

基于小波分析的隧道衬砌结构动力响应规律研究

阐述了隧道衬砌结构动力有限元分析的小波解析方法与粘弹性边界条件,采用弹簧–阻尼单元模拟粘弹性边界条件;建立了相应的有限元分析模型,并利用现场振动测试成果,对京广线朱亭隧道在提速列车振动荷载作用下的动力响应特性进行分析研究,得出了衬砌结构各特征点处的振动位移、加速度、弯矩、剪力与轴力的时程响应规律,将计算结果与现场测试成果进行对比分析证明所提出的分析方法是合理的。研究成果对进一步分析提速铁路隧道衬砌结构的动力稳定性具有重要意义。